1、第 4 讲 光的波动性 电磁波 相对论(对应学生用书第 211 页)光 的 干 涉1.条件两列光的频率相同，相位和振动情况都完全相同的光相遇2典型的干涉实验(1)双缝干涉产生明暗条纹的条件：双缝处光振动情况完全相同，光屏上某点与两个狭缝的路程差是光波波长的整数倍或是半波长的偶数倍处出现亮条纹，与两个狭缝的路程差是半波长的奇数倍处出现暗条纹条纹的特点：相邻亮条纹(或暗条纹) 的间距相等，且 x ，其中 为波长，d 为ld双缝间距，l 为缝到屏的距离实验装置不变的条件下，红光干涉条纹的间距最大，紫光的干涉条纹间距最小；若换用白光，在屏上得到彩色条纹、且中央为白色(2)薄膜干涉薄膜干涉：利用薄膜(如
2、肥皂膜 )前后两表面的反射光波相遇而形成的干涉图样特点：同一条亮(或暗 )条纹对应薄膜厚度相等单色光在肥皂膜上(上薄下厚 )形成水平状的明暗相间的条纹，白光入射时形成彩色条纹【针对训练】1(2012上海高考)如图 12 41 为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则( )图 1241A甲为紫光的干涉图样 B乙为紫光的干涉图样C丙为红光的干涉图样 D丁为红光的干涉图样【解析】 红光比紫光的波长大根据 x ，紫光的干涉条纹较窄，故 A 错误，B 正Ld确而丙、丁是单缝衍射图样 ，故 C、D 错误【答案】 B光 的 衍 射1.光发生明显衍射的条件当障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小
3、的时候，衍射现象才会明显2衍射条纹的特点单色光的衍射图样为中间宽且亮的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；白光的衍射图样为中间宽且亮的白色条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹3泊松亮斑当光照到不透明的小圆板上，在圆板的阴影中心出现亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环).光 的 偏 振1.自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫自然光如由太阳、电灯等普通光源发出的光2偏振光在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动的光如自然光经偏振片作用后的光【针对训练】2(2012银川模拟)关于光的衍射，下列说法中错误的是(
4、)A光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物的现象B只有两列频率相同的光波叠加后才能发生衍射C光的衍射没有否定光沿直线传播的结论D光的衍射现象为波动说提供了有利的证据【解析】 由光的衍射的定义知 A 正确；光波的衍射无条件，B 错误；当满足光发生明显衍射现象的条件时，光的衍射 现象明显，否 则光沿直线传 播，可见光的衍射没有否定光沿直线传播的结论，C 正确；衍射是波动所特有的性质，所以光的衍射现象为波动说提供了有利的证据【答案】 B电磁波的特点和狭义相对论1.电磁波的特点(1)电磁波是横波，电场强度 E 和磁感应强度 B 的方向都与传播方向 垂直(2)电磁波传播时不需要任何介质，在真空中传播的速度最
5、大，c310 8 m/s.(3)电磁波本身是一种物质，它具有能量(4)具有波的特征，能产生反射、折射、衍射、干涉等现象2相对论的简单知识(1)狭义相对论的基本假设狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的(2)时间和空间的相对性时间间隔的相对性：t .t1 vc2长度的相对性：ll 0 .1 vc2(3)相对论速度变换公式：u .u v1 u vc2(4)相对论质量：m .m01 vc2(5)质能方程：Emc 2.【针对训练】3(2010上海高考)电磁波包含了 射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是
6、( )A无线电波、红外线、紫外线、 射线B红外线、无线电波、 射线，紫外线C 射线、红外线、紫外线、无线电波D紫外线、无线电波、 射线、红外线【解析】 在电磁波谱中，无 线电波波长最长， 射线波长最短A 正确，B 、C、D 错误【答案】 A(对应学生用书第 212 页)光的干涉条纹的形成分析1.杨氏双缝干涉(1)原理如图 1242 所示图 1242(2)明、暗条纹的条件单色光a光的路程差 r2r 1k(k 0,1,2)，光屏上出现明条纹b光的路程差 r2r 1(2k 1) (k0,1,2)，光屏上出现暗条纹2白光：光屏上出现彩色条纹(3)条纹间距公式： x .ld2薄膜干涉(1)薄膜特点：如图
7、 1243 所示，由于重力作用，皂膜上薄下厚图 1243(2)相干光线：薄膜前表面 AA和后表面 BB的反射光线叠加(3)亮纹条件：在 P1、P 2 处，薄膜厚度的 2 倍为前后表面反射光的光程差，当光程差等于波长整数倍时，形成亮条纹(4)暗纹条件：在 Q 处，光程差等于半波长的奇数倍时，形成暗条纹(1)只有相干光才能形成稳定的干涉图样(2)单色光形成明暗相间的干涉条纹，白光形成彩色条纹(3)在实验装置不变的条件下，红光的干涉条纹间距最大，紫光的干涉条纹间距最小(2012大纲版全国高考) 在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有( )A改用红光作为
8、入射光B改用蓝光作为入射光C增大双缝到屏的距离D增大双缝之间的距离【解析】 根据 x ，要增大条 纹间距 x，将 L、 增大或将 d 减小均可以，红光比Ld黄光波长大，故 A 选项正确；而蓝光比黄光波长小，故 B 选项错误 ；增大双缝到屏的距离 L，则 x 增大，故 C 选项正确；增大双缝间距 d，则 x 变小，故 D 选项错误【答案】 AC光的干涉图象和衍射图样的对比1.对光的衍射的理解(1)干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看做
9、是沿直线传播2单缝衍射与双缝干涉的比较两 种 现 象比 较 项 目 单缝衍射 双缝干涉不同点条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距亮度情况 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相等相同点 干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗 相间的条纹(2012汉中模拟)如图 1244 所示，a、b、c 、d 四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样分析各图样的特点可以得出的正确结论是( )图 1244Aa、b 是光的干涉图样Bc、 d 是光的干涉图样C形成 a 图样的光的波长比形成 b 图样光的波长短D形成 c 图样的光的波长比形
10、成 d 图样光的波长短【解析】 干涉条纹是等距离的条纹，因此，a 、b 图是干涉图样，c、d 图是衍射图样，故 A 项正确，B 项错误；由公式 x 可知，条纹宽的入射光的波长长，所以 a 图样的光的Ld波长比 b 图样的光的波长长，故 C 项错误；c 图样的光的波长比 d 图样的光的波长长，故 D项错误【答案】 A电磁波的应用电磁波谱 频率/Hz 真空中波长/m 特性 应用 递变规律无线电波 31011 10 3 波动性强，易发生衍射 无线电技术红外线 10111015 103 10 7 热效应 红外线遥感可见光 1015 107 引起视觉 照明、摄影紫外线 10151017 107 10 9
11、 化学效应、荧光效应、能杀菌 医用消毒、防伪X 射线 10161019 108 10 11 贯穿性强 检查、医用透视 射线 10 19 10 11 贯穿本领最强 工业探伤、医用治疗 衍射能力减弱 直线传播能力增强(1)(2012 成都模拟)关于电磁波，下列说法正确的是 ( )A雷达是用 X 光来测定物体位置的设备B电磁波是横波C电磁波必须在介质中传播D使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调(2)某雷达工作时，发射电磁波的波长 20 cm，每秒脉冲数 n5 000，每个脉冲持续时间 t0.02 s.该电磁波的频率为多少？该雷达的最大侦察距离是多少？【解析】 (1)由雷达的工作原理知，雷达是用微波
12、来测定物体位置的设备，A 错；电磁波在传播过程中电场强度和磁感应强度总是相互垂直，且与波的传播方向垂直，故 电磁波是横波，B 对；电磁波可以不依赖介质而传播，C 错；使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制，D 错(2)根据 cf 可得f Hz1.510 9 Hz.c 31082010 2电磁波在雷达发射相邻两个脉冲间隔时间内传播的距离sc tc( t)310 8( 0.0210 6 ) m610 4 m，1n 15 000所以雷达的最大侦察距离 s 310 4 m30 km.s2【答案】 (1)B (2) 1.5 109 Hz 30 km实验：用双缝干涉测光的波长1.实验装置(如图 1245
13、所示 )图 12452实验方法(1)根据公式 x 得 x.ld dl(2)用刻度尺测出双缝到光屏的距离 l，用测量头调节清晰的干涉条纹，测出 n 个亮纹间的距离 a，则 x .双缝间距 d 是已知的，这样就可以计算出波长 .an 13实验步骤(1)将光源、单缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安装在光具座上；(2)接好光源，打开开关，使灯丝正常发光；(3)调节各器材的高度，使光源灯丝发出的一束光，能沿轴线到达光屏；(4)安装双缝，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约 5 cm10 cm，观察白光的干涉条纹；(5)在单缝和双缝间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹，安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹；(6)使分
14、划板中心刻线对齐某明( 或暗)条纹的中央，记下手轮上的读数 a1，转动手轮使分划板中心刻线移动，记下干涉条纹的条数 n 和移动后手轮的读数 a2，a 1 与 a2 的差即为 n条亮纹的间距；(7)用刻度尺测量双缝到光屏的距离 l(d 是已知的) ；(8)重复测量、计算，求平均值作为波长的测量结果；(9)换用不同的滤光片，重复实验4注意事项(1)实验时应调整光源、单缝、双缝和光屏、测量头共轴，单缝和双缝安装时应竖直且相互平行，遮光筒的轴线要与光具座导轨平行若不共轴或单缝与双缝不平行则会引起干涉条纹亮度小，不清晰，不便于观察和测量(2)分划板上的刻线应与干涉条纹的亮( 暗)线平行，否则会增大测量的
15、误差(3)双缝、测量头安装到遮光筒上时要装到底，使各部件的定位面紧密吻合，否则会影响测量结果(4)双缝干涉演示仪的测量头有两种，一种相当于螺旋测微器，一种相当于游标卡尺，具体应用时要加以区别(5)测量双缝至屏的距离 l，要多次测量取平均值，同时要固定好双缝及屏，切勿松动(2012福建高考)在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图 1246) ：图 1246(1)下列说法哪一个是错误的_( 填选项前的字母)A调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝B测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C为了减少测量误差，可用测微目镜测出 n 条亮纹间的距
16、离 a，求出相邻两条亮纹间距 xan 1(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图 1247，其示数为 _mm.图 1247【解析】 (1)放上单缝和双缝后，由于发生干涉现象没法调节光源的高度，故 A 项错误(2)按读数规则， 读出示数为：1.5 mm47.00.01 mm1.970 mm.【答案】 (1)A (2)1.970 mm(对应学生用书第 214 页)1在杨氏双缝干涉实验中如果( )A用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹B用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹C用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹D用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距相等的条纹
17、【解析】 用白光作杨氏双缝干涉实验，屏上将呈 现彩色条 纹， A 错；用红光作光源，屏上将呈现红色条纹与暗条纹( 即黑条纹) 相间， B 对；红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，C 错；紫光作光源，遮住一条狭缝，屏上出现单缝衍射条纹，即间距不等的条纹，D 错【答案】 B2关于光的性质，下列说法正确的是( )A光在介质中的速度大于光在真空中的速度B双缝干涉说明光具有粒子性C光在同种均匀介质中沿直线传播D光的偏振现象说明光是纵波【解析】 由折射率公式 n 1 可得选项 A 错误；干涉、衍射是波所特有的现象，所cv以选项 B 错误；由常识得选项 C 正确；光的偏振现象说明光是横波，故选项 D 错误
18、【答案】 C3下列有关光现象的说法中正确的是( )A在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的色散现象B在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由经光改为红光，则干涉条纹间距变窄C光纤通信应用了光的全反射原理D光的偏振现象说明光是一种横波【解析】 太阳光照射下的油膜出现的彩色花纹是从油膜上下两个表面反射出来的光线干涉的结果，不是色散，故 A 项错误；在双缝干涉实验中，得到的条纹间距 x ，若仅Ld将入射光由绿光改为红光，光的波 长 变大， 则条纹间距 x 变宽，故 B 项错误；光纤通信是利用全反射来传递光信号的，故 C 项正确；光波是电磁波，是横波，故 D 项正确【答案】 CD4(2012上海宝山
19、区模拟)在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，如图 1248 所示，四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是( )图 1248Aa、c Bb、cCa、 d Db、d【解析】 a 图是双缝干涉图样， b 图是单缝衍射图样，c 图是小孔衍射图样， d 图是单缝衍射图样，故 D 正确【答案】 D5激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度 v 与二次曝光时间间隔t 的乘积等于双缝间距实验中可测得二次曝光时间间隔 t、双缝到屏之距离 l 以及相邻两条亮纹间距 x，若所用激光波长为 ，则该实验确定物体运动速度的表
20、达式是 ( )Av Bvxlt lxtCv Dvlxt ltx【解析】 由题意知双缝间距 dvt，双缝干涉中相邻两亮纹(或暗纹) 间距 x 与双缝到屏的距离 l 及双缝间距 d、波长 的关系为 x ，由以上两式得 v .ld lxt【答案】 B6(2012西安模拟)如图 12 49 所示，在双缝干涉实验中，若把单缝 S 从双缝S1、S 2 的中央对称轴位置处稍微向上移动一些，则( )图 1249A不再产生干涉条纹B仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹的位置不变C仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹的位置略上移D仍可产生干涉条纹，其中央亮条纹的位置略下移【解析】 因为从 S1、S2发出的光 频率相同，因而仍
21、可 发 生干涉现象，P 上仍可产生干涉条纹，由于 S 上移，从 S 发出的光到 S1、S2时由于光程不同，因而在光屏上 发生干涉时情况也会相应有所改变，即中央亮 纹位置将向下移，故 选 D.【答案】 D7(2011北京高考)如图 12 410 所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝 S 时，在光屏 P 上观察到干涉条纹要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以( )图 12410A增大 S1 和 S2 的间距B减小双缝屏到光屏的距离C将绿光换为红光D将绿光换为紫光【解析】 由双缝干涉条纹间距公式 x 可知：增大 S1 与 S2 的间距 d，x 将减小，LdA 项错误；减小双缝屏到光屏的距离 L，x 将
22、减小，B 项错误；红光波长大于绿光波长， 变大， x 将 变大， C 项正确；紫光波 长小于绿光波长， 变小， x 将变小，D 项错误【答案】 C8.图 12411(2012江苏高考)如图 124 11 所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片 P 和 Q，A点位于 P、Q 之间，B 点位于 Q 右侧旋转偏振片 P，A 、B 两点光的强度变化情况是( )AA、B 均不变BA、B 均有变化CA 不变，B 有变化DA 有变化，B 不变【解析】 白炽灯光包含各方向的光，且各个方向的光强 度相等，所以旋 转偏振片 P 时各方向透射光强度相同，故 A 点光的强度不变；白炽灯光经偏振片 P 后为偏振光，当 Q
23、 旋转时，只有与 P 的偏振方向一致 时才有光透过 Q，因此 B 点的光强有变化，选项 C 正确【答案】 C9(2010北京高考)属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中( )A真空中光速不变B时间间隔具有相对性C物体的质量不变D物体的能量与质量成正比【解析】 狭义相对论基本假设为：一是在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；二是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，即光速不 变原理，由此可知 A属于狭义相对论基本假设，故 A 正确， B、C、D 错误【答案】 A10(2010天津高考)下列关于电磁波的说法正确的是 ( )A均匀变化的磁场能够在空间产生电场B电磁波在真空和介质中
24、传播速度相同C只要有电场和磁场，就能产生电磁波D电磁波在同种介质中只能沿直线传播【解析】 不管磁场怎样变化，只要是 变化的磁场就可以在空 间产生电场，所以均匀 变化的磁场也能够在空间产生电场，A 正确；电磁波的传播速度与介质和频率有关，相同频率的电磁波在不同的介质中传播速度不同，故 B 错误；恒定的 电场( 磁场)周围不会产生磁场(电场)，只有周期性变化的电场( 磁场) 才能产生电磁波，故 C 错误；电磁波只有在同种均匀介质中才能沿直线传播，若同一种介 质是不均匀的， 电磁波在其中的折射率是不一 样的，在这样的介质中是沿曲线传播的，故 D 错误【答案】 A11用某一单色光做双缝干涉实验时，已知
25、双缝间距离为 0.25 mm，在距离双缝为 1.2 m 处的光屏上，测得 5 条亮纹间的距离为 7.5 mm.(1)求这种单色光的波长；(2)若用这种单色光照射到增透膜上，已知增透膜对这种光的折射率为 1.3，则增透膜的厚度应取多少？【解析】 (1)根据公式 x ，得 xld dl由题意知 x 103 mxn 1 7.55 1l1.2 m，d0.2510 3 m所以 x m3.910 7 mdl 0.2510 37.510 31.24(2)根据公式 n ，cf，vf 知 ncv m3.010 7 mn 3.910 71.3故增透膜厚度 d 7.510 8 m.14【答案】 (1)3.910 7
26、 m (2)7.510 8 m12(1)(2012宝山区模拟)目前雷达发出的电磁波频率多在 2001 000 MHz 的范围内，下列关于雷达和电磁波的说法正确的是( )A真空中，上述频率范围的电磁波的波长在 30150 m 之间B电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的C波长越短的电磁波，越容易绕过障碍物，便于远距离传播D测出从发射无线电波到接收反射回来的无线电波的时间，就可以确定障碍物的距离(2)列举下列三种电磁波的一种应用：红外线_紫外线_X 射线_(3)某居住地 A 位于某山脉的一边，山脉的另一边 P 处建有一无线电波发射站，如图12412 所示该发射站可发送频率为 400 kHz 的中波和
27、频率为 400 MHz 的微波，已知无线电波在空气中的传播速度都为 3108 m/s，请回答图 12412发射站发出的电磁波是经过干涉还是衍射后到达居住地 A 处的？若两种波的接收效果不同，请说明哪一种波的接收效果更好？为什么？【解析】 (1)由 cf 知 ，可知真空中上述 频率的电磁波的波长在 0.31.5 m 之cf间， A 错；电磁波是由周期性变化的电场、磁 场产生的， B 错；波长越短的电磁波，衍射本领越弱，越不容易绕过障碍物，不便于远距离传播，C 错；测出从发射无线电波到接收反射回来的无线电波的时间，由 s 就可以确定障碍物的距离，D 对ct2(2)红外线主要是热作用，如 红外线烤箱紫外线有荧光和杀菌作用，如 验钞机，消毒X 射线主要是穿透作用，如 X 射线透视(3)无线电波绕过山脉到达 A 处， 发生了衍射现象频率 为 400 kHz 的中波接收效果更好，因为它的波长长，衍射现象更明显【答案】 (1)D (2)、(3)见解析
